Degradation of polyolefins at moderate temperatures employing a aluminum-titanium catalyst system

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05581
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Grause Guido 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (60570017)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ポリオレフィン / チタニウム / ジルコニウム / 熱分解 / チーグラー・ナッタ触媒

Outline of Annual Research Achievements

昨年の結果はチーグラー・ナッタ触媒がポリエチレンの熱分解への影響を持っていると分かったことだった。しかし、使用された触媒は熱に非常に敏感であって、非常に低温だと活性を失った。

今年は触媒としてTiCl4を使用し、助触媒として活性Al2O3を使用した。助触媒とポリエチレンは等量に混合し、10㎎を坩堝に入れて、熱重量分析器で測定した。湿気から保護するためにてんぴんがカットを有する管で覆われている。トルエン中のTiCl4の溶液をるつぼに注入し、TGAを閉じた。重量損失は10K/minの加熱速度で50～600℃の間を観察された。

ポリエチレンの熱分解は393℃で開始し、470℃で最大に達し、488℃で終了した。Al2O3の存在下では熱分解がより高温にシフトし、残留物は1％から10％に増加した。Al2O3がポリエチレンに対して安定化効果を有する影響はAl2O3細孔中で起こるケージ効果によって説明されると仮定することができる。熱分解生成物は細孔中に保持されるので、二次反応は追加のチャーの形成を引き起こす。TiCl4を添加すると2つの分解ステップが観察された。第1ステップは約320℃で開始し、触媒の効率を実証した。このステップは触媒の失活と共に約400℃で終了した。残りのポリエチレンは熱分解された。チーグラー・ナッタ触媒反応から炭化水素鎖が結合される前に1つの塩素原子がTiCl4から助触媒に移動することが必要ということが知られている。Al2O3の多孔質構造はTiCl4の配位に使用できる活性中心がいっぱいである。この触媒系は400℃までの温度でのポリエチレンの熱分解を可能にする。1つの欠点は水に対する高い感度である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究場所が変更になり、準備に時間を要したため。

Strategy for Future Research Activity

実験を確立した後、今から反応の特性を調査する予定である。ポリマー、触媒、助触媒の適切な比率は何か、反応の活性化エネルギーは何か、水の影響はどれくらいか、水の少量が触媒と助触媒の結合を支えているかを調査していく。

同様に触媒の改質も予定している。ジルコニウム触媒は高活性で水に対する感受性が低いことを示す。塩素をアルコールのような有機分子で置換することによって水および温度の感度を低下させることもできる。

ほとんどの質問はTGAを使用して回答することができる。触媒系を最適化した後、より大きな反応器で実験を実施する予定である。